Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству коррозионностойкой стали с внепечной обработкой и разливкой на установке непрерывной разливки стали.

Одной из проблем эксплуатационной надежности труб для тепловых сетей является их низкая стойкость против локальной коррозии, которая приводит к преждевременному выходу из строя тепловых сетей. Причиной низкой стойкости труб против локальной коррозии являются коррозионноактивные неметаллические включения (КАНВ) первого и второго типа. При плотности коррозионно-активных включений менее 2 штук на мм², резко снижается склонность стали к локальной коррозии. Таким образом, технология производства стали для изготовления труб тепловых сетей должна обеспечивать низкую плотность КАНВ для повышения стойкости против локальной коррозии.

Известен способ выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах, включающий подачу в печь металлолома и жидкого чугуна, расплавление, окислительный период, выплавку стали с оставлением части металла в печи. При выпуске плавки в ковш осуществляют отсечку шлака. Во время выпуска стали в ковш присаживают твердую шлакообразующую смесь и раскислители. В ковш присаживают известь и карбид кальция при соотношении (0,3-0,9):(0,10-0,70) соответственно в количестве 1-1,8% массы жидкой стали и сплавы марганца и кремния из расчета введения марганца 0,30%, кремния 0,15%. Производят обработку стали на агрегате «ковш-печь». Перед обработкой на агрегате «ковш-печь» в ковш присаживают кокс в количестве 0,10-0,30% от массы жидкой стали. Сталь продувают аргоном с расходом 15-45 нм³/ч в течение 20-30 минут [патент RU 2333255, МПК С21С 5/52, 2008].

Недостатки способа заключаются в том, что предложенные технологические решения не обеспечивают получения шлака, позволяющего в полной мере удалить образовавшиеся в результате внепечной обработки неметаллические включения, выявляемые в готовом прокате как КАНВ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства трубной стали, включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш с отсечкой шлака, рафинирование в процессе выпуска и доводки стали на установке печь-ковш введением в расплав алюминия в виде двух порций, силикомарганца, извести, плавикового шпата, продувку расплава аргоном. Модифицирование стали осуществляют присадкой в расплав модифицирующей смеси, состоящей из алюминия, феррованадия и силикокальция, взятых в соотношении (1,5-3,0):(27,0-34,5):(15-30,0), в количестве 2,9-4,5 кг/т стали, при этом введение в расплав одной порции алюминия, силикомарганца, извести и плавикового шпата осуществляют в виде рафинировочной смеси в соотношении (1,0-1,5):(15,0-22,5):(1,0-3,0) соответственно, в количестве 18-28 кг/т стали, продувку аргоном осуществляют с интенсивностью 0,05-0,35 м³/т мин на каждый 1 кг/т смеси, другую порцию алюминия непрерывно вводят в расплав со скоростью, обеспечивающей поддержание концентрации алюминия в металле в пределах 0,010-0,030% до получения содержания серы в металле не более 0,005%, после чего осуществляют модифицирование [патент RU 2101367, МПК С21С 7/076, 1998].

Недостатки способа заключаются в том, что предложенные технологические решения не позволяют в полной мере удалить образовавшиеся в результате модифицирования неметаллические включения и получить требуемую плотность КАНВ в стали.

Технический результат изобретения - повышение чистоты стали по коррозионноактивным неметаллическим включениям для исключения образования и развития локальной коррозии и увеличения эксплуатационной стойкости труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства стали, включающем, выплавку стали в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, рафинирование стали в процессе выпуска и доводки на установке печь-ковш, согласно изобретению во время выпуска в ковш присаживают флюс в количестве 4-10 кг/т стали, содержащий 40-85% Al₂O₃ и 2,0-12,0% CaO, алюминий в количестве 1,0-1,9 кг/т стали, известь в количестве 5,0-12 кг/т стали, кремний и марганецсодержащие ферросплавы в количестве 5-10 кг/т стали, во время доводки на установке печь-ковш на шлак присаживают алюминиевую сечку в количестве 0,3-2,0 кг/т стали, а в металл вводят кальцийсодержащие материалы из расчета 0,05-0,2 кг кальция на тонну стали. Во время выпуска отношение CaO/Al₂O₃ в шлаке должно составлять менее 3,5, а во время доводки на установке печь-ковш в металл вводят карбид кремния в количестве не более 1,2 кг/т стали.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Присадка в ковш флюса с расходом 4-10 кг/т стали, содержащего 40-85% Al₂O₃ и 2,0-12,0% CaO и извести в количестве 5-12 кг/т стали, позволяет сформировать в нужном количестве жидкоподвижный шлак, необходимый для эффективного удаления КАНВ из стали. Присадка флюса и извести в количестве менее 4 и 5 кг/т стали соответственно не позволяет получить нужное количество шлака, обладающего рафинировочной способностью. Присадка флюса и извести в количестве более 10 и 12 кг/т стали соответственно ведет к получению вязкого шлака, имеющего низкую десульфурирующую способность.

Алюминий раскисляет сталь. Присадка алюминия в количестве менее 1,0 кг/т стали не позволяет в нужной степени произвести раскисление стали. Присадка алюминия в количестве более 1,9 кг/т стали приводит к повышенному содержанию в стали неметаллических включений.

Присадка кремний- и марганецсодержащих ферросплавов способствует раскислению и последующему упрочнению стали. При присадке кремний- и марганецсодержащих ферросплавов в количестве менее 5 кг/т стали прочность стали будет недостаточной. Присадка кремний- и марганецсодержащих ферросплавов в количестве более 10 кг/т стали приводит к возрастанию количества неметаллических включений и экономически нецелесообразна.

Присадка алюминиевой сечки в количестве 0,3-2,0 кг/т стали во время доводки на установке печь-ковш на шлак позволяет раскислить шлак до содержания (FeO)≤1,5% мас., обеспечить требуемую десульфурацию стали и сформировать конечный шлак, способный ассимилировать неметаллические включения на основе СаО и Al₂O₃. Присадка алюминиевой сечки в количестве менее 0,3 кг/т стали не обеспечивает полного раскисления шлака, присадка алюминиевой сечки в количестве более 2,0 кг/т стали приводит к повышенному содержанию алюминия в стали.

Ввод кальцийсодержащих материалов из расчета 0,05-0,2 кг кальция на тонну стали обеспечивает эффективное модифицирование неметаллических включений на основе оксида алюминия. Ввод большего, либо меньшего количества кальцийсодержащего реагента не позволяет модифицировать неметаллические включения, перевести их в жидкое состояние, эффективно удалять из металла.

Отношение в шлаке CaO/Al₂O₃ более 3,5 приводит к получению вязкого шлака, имеющего низкую способность ассимилировать неметаллические включения, состоящие преимущественно из алюминатов кальция, образующихся в процессе внепечной обработки стали.

Ввод карбида кремния в количестве более 1,2 кг/т стали приводит к повышенному содержанию кремния в стали и шлаке, затрудняет десульфурацию стали и экономически нецелесообразен.

Пример реализации способа

Предложенный способ производства стали был реализован в электросталеплавильном цехе ОАО «Северсталь». После выплавки металл выпускали в печь-ковш, осуществляли внепечную обработку и разливку стали. Было произведено 7 опытных плавок.

Условия проведения и результаты экспериментов приведены в таблице. Примеры 1-3 с соблюдением предложенных технических параметров, примеры 4-6 с не соблюдением некоторых параметров, пример 7 по прототипу.

Из представленных результатов видно, что при выполнении всех предложенных технических решений (примеры 1-3) содержание КАНВ было на уровне 0-1 баллов. При не выполнении предложенных технических решений (примеры 4-6) содержание КАНВ было на уровне 3-4 баллов.

Плавка, выполненная с использованием параметров прототипа, показала неудовлетворительные результаты по наличию КАНВ (балл КАНВ составлял от 5 до 7).

Таким образом, предложенный способ производства стали позволяет выплавлять сталь с баллом КАНВ менее 2 и тем самым повысить стойкость стали к локальной коррозии.